Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Пермские ученые создали «умное» покрытие против обледенения самолета
Обледенение — серьезная угроза в авиации: даже тонкий слой льда на крыле нарушает аэродинамику и может привести к потере управления. Особенно опасен «стекловидный» лед, образующийся при 0-10°C из переохлажденных капель влаги. Он практически невидим, но формирует плотный, прочный слой. Применяемые сегодня методы борьбы с таким явлением — подача горячего воздуха, электрообогрев или химические реагенты — требуют много энергии и постоянного контроля, не обеспечивая надежной защиты. Более современные вибрационные системы разрушают лед толщиной 1-4 мм, но их датчики не справляются с мониторингом больших поверхностей вроде крыльев, что ограничивает их применение. Ученые Пермского Политеха разработали «умное» противообледенительное покрытие, которое самостоятельно определяет появление льда, удаляет его и контролирует результат. Новая разработка демонстрирует на 30% более высокую эффективность по сравнению с традиционными системами.
Обледенение — опасное природное явление, особенно в авиации, при котором на поверхностях самолета образуется ледяной покров. На первый взгляд кажется, что это всего лишь иней, но на деле — одна из самых серьезных угроз. Лед, даже толщиной в несколько миллиметров, меняет форму крыла, из-за чего самолет может потерять подъемную силу.
Наиболее опасным считается температурный диапазон от 0°C до -10°C. Именно в этих, казалось бы, не самых суровых условиях формируется «стекловидный» лед — прозрачный, прочный и практически незаметный. Его образование связано с физическим процессом, при котором в облаках при отрицательных температурах сохраняются переохлажденные капли воды в жидком состоянии. Когда они сталкиваются с поверхностью самолета, то мгновенно замерзают, успевая перед этим растечься и образовать сплошной ледяной панцирь, который плотно сцепляется с металлом и ухудшает аэродинамические характеристики крыла.
На данный момент традиционные технологии — такие как подача нагретого воздуха от двигателей, электрические обогреватели или использование химических составов — отличаются высоким энергопотреблением и необходимостью постоянного контроля со стороны пилотов, при этом не гарантируя стабильной работы в течение всего полета. Более современные противообледенительные механизмы используют пьезоэлектрические элементы — специальные материалы, которые начинают вибрировать под действием тока. Такие решения способны разрушать ледяной покров толщиной от 1 до 4 мм за счет автоматического усиления вибраций и перехода в резонансный режим. Однако эти системы имеют ограничение: встроенные датчики не обеспечивают эффективного мониторинга и обработки больших поверхностей, таких как крылья самолета, что снижает их практическое применение в авиации.
Ученые Пермского Политеха разработали «умное» покрытие для борьбы с обледенением: оно самостоятельно определяет появление льда, удаляет его и контролирует результат. В основе технологии — активный вибрирующий компонент (пьезоэлектрический), то есть слой со специальной структурой расположения электродов, который создает мощные вибрации для сброса ледяного покрова. На изобретение получен патент № 2748665.
В существующих пьезоэлектрических системах против образования наледи часто используются простые параллельные или сеточные электроды. Они создают относительно слабое и неравномерное электрическое поле, что приводит к локальным вибрациям недостаточной мощности для разрушения прочного льда.
— Суть нашего метода в том, что мы заменили традиционное расположение электродов на две взаимодействующие подсистемы IDE-электродов в виде двух «гребенок», в которых «зубчики» (штыревые электроды) одной расположены между зубчиками другой, или в форме плоской или цилиндрической двойной спирали электродов, — прокомментировал Андрей Паньков, профессор кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ, доктор физико-математических наук.
Эта принципиально новая концепция была реализована в физическом образце, представляющем собой многослойную структуру — своеобразный «слоеный пирог». Где основа — это пластина из пьезоэлектрического материала с нанесенными или встроенными электродами, которые разработали ученые. Сверху конструкция защищена полимерным покрытием, а по краям выведены контакты для подключения питания, что обеспечивает удобную интеграцию устройства в бортовую сеть самолета.
— Прежде чем изготовить такое устройство, мы выполнили компьютерное моделирование и испытали уменьшенные прототипы. В ходе экспериментов изучали, как разные частоты колебаний и толщина льда влияют на эффективность очистки. Результаты подтвердили способность механизма разрушать лед толщиной до 5 мм. При этом особенностью конструкции является встроенная самодиагностика: в режиме очистки сила тока достигает максимума, а после сброса льда падает до минимума. Именно интеллектуальность является ключевым преимуществом данной технологии — система способна самостоятельно определять момент появления льда, активировать процесс очистки и отключаться после его завершения. Это происходит без дополнительных датчиков и позволяет значительно экономить энергию, — рассказал Андрей Паньков.
Что касается временных показателей, полный цикл очистки — от обнаружения ледяного слоя до его полного удаления — занимает от нескольких секунд до минуты, в зависимости от площади обледенения и его толщины.
Для сравнения: традиционные решения, такие как химические реагенты и подача горячего воздуха, работают постоянно или циклически независимо от фактического наличия наледи, а пьезоэлектрические аналоги предыдущего поколения требуют непрерывной работы в течение всего периода ее образования, тогда как новая система активируется только при необходимости и снижает энергозатраты на 70–90% по сравнению с традиционными методами.
К тому же дополнительным преимуществом является внешний полимерный слой (защитная пленка), который при вибрациях интенсивно выделяет тепло, дополнительно ослабляя сцепление льда с поверхностью. Такое комбинированное воздействие — механическое и тепловое — гарантирует надежный сброс ледяного панциря даже в самых сложных погодных условиях. Благодаря этому общая эффективность системы на 30% выше, чем у традиционных противообледенительных технологий.
Разработка пермских ученых демонстрирует пример smart-материала, способного адаптироваться к изменяющимся условиям и эффективно решать проблему обледенения в реальном времени.
Telegram 
Дзен 
VK Энтомологи сравнили устойчивость коммерческих и диких гибридных медоносных пчел к главному паразиту ульев — клещу варроа. Полевые и лабораторные тесты показали, что гибриды заражаются в пять раз реже, поскольку их личинки не нравятся паразитам. Пчела-гибрид выживает без регулярных химических обработок и, что важно для пчеловодов, сохраняет миролюбивый характер.
Научное сообщество подходит к созданию квантовых компьютеров с разных сторон. В этой гонке технологий даже нежелательный эффект, сопровождающий еще ненайденную частицу, может стать частью вычислительной логики.
Ученые из лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ теоретически исследовали, как между собой взаимодействуют фотоны, испускаемые искусственным атомом. Для этого они рассчитали спектры резонансной флуоресценции. Результаты работы актуальны для квантовой оптики и способствуют развитию квантовых технологий — от точной спектроскопии до квантовых вычислений.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Ученые давно знают как с хорошим приближением прогнозировать рост поверхностей. Но экспериментально подтвердить точное соответствие реальных процессов и модели — гораздо более сложная задача, у которой, тем не менее, есть решение.
Энтомологи сравнили устойчивость коммерческих и диких гибридных медоносных пчел к главному паразиту ульев — клещу варроа. Полевые и лабораторные тесты показали, что гибриды заражаются в пять раз реже, поскольку их личинки не нравятся паразитам. Пчела-гибрид выживает без регулярных химических обработок и, что важно для пчеловодов, сохраняет миролюбивый характер.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно